ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2007, том 33, № 10, с. 735-739
УДК 520.6; 524.7
НАБЛЮДЕНИЯ ГАММА-ВСПЛЕСКА 11 МАРТА 2007 г. ОБСЕРВАТОРИЕЙ ИНТЕГРАЛ
© 2007 г. С. Ю. Сазонов1-2*, С. В. Мольков1, Р. А. Сюняев12
1Институт космических исследований РАН, Москва 2Институт астрофизики Общества им. Макса Планка, Гархинг, Германия Поступила в редакцию 17.04.2007 г.
11 марта 2007 г. обсерватория ИНТЕГРАЛ обнаружила и локализовала на небе гамма-всплеск, у которого затем было обнаружено раннее инфракрасное послесвечение. Представлены результаты временного и спектрального анализа данных, полученных детектором ISGRI телескопа IBIS. Всплеск состоит из одного пика продолжительностью ^40 с, во время которого выделилась энергия ^3 х 10-6 эрг/см2 в диапазоне 20—200 кэВ. Спектр в диапазоне энергий 18—300 кэВ характеризуется наклоном Г « —0.8 на стадии роста и Г «—1.4 в максимуме и на стадии затухания излучения. По основным характеристикам GRB 070311 является типичным космологическим гамма-всплеском.
Ключевые слова: гамма-всплески.
INTEGRAL OBSERVATIONS OF THE GAMMA-RAY BURST ON MARCH 11, 2007, by S. Yu. Sazonov, S. V. Molkov, and R. A. Sunyaev. On March 11, 2007, the INTEGRAL observatory discovered and localized a gamma-ray burst in the sky from which an early infrared afterglow was then detected. We present our timing and spectral analyses of the data from the ISGRI detector of the IBIS telescope. The burst consists of one ~40-s-long peak with a fluence of ^3 х 10-6 erg cm-2 in the energy range 20—200 keV. The 18—300-keV spectrum is characterized by a slope Г « —0.8 at the rise phase and Г « —1.4 at the maximum and decay phase. The basic characteristics of GRB 070311 suggest that it is a typical cosmological gamma-ray burst.
PACS numbers: 98.70.Rz, 95.85.Nv, 95.85.Pw
Key words: gamma-ray bursts.
ВВЕДЕНИЕ
С момента запуска в октябре 2002 г. обсерваторией гамма-лучей ИНТЕГРАЛ (Винклер и др., 2003) было обнаружено более 40 космических гамма-всплесков. Большинство из них уже в первые несколько десятков секунд после детектирования были локализованы на небе с точностью нескольких угловых минут с помощью автоматической системы IBAS (Мерегетти и др., 2003). Это позволило оперативно сориентировать наземные и орбитальные телескопы в направлении источников всплесков и во многих случаях обнаружить затухающее послесвечение всплеска (см. http://ibas.iasf-milano.inaf.it/lBAS_Results.html), а в одном случае (GRB 031203) также связанную с гамма-всплеском сверхновую, взорвавшуюся в относи-
* Электронный адрес: sazonov@MPA-Garching.MPG.DE
тельно близкой (на красном смещении z = 0.1) галактике (Сазонов и др., 2004).
11 марта 2007 г. в 01h52m50s (UT) при наблюдении области звездообразования в созвездии Ориона обсерватория ИНТЕГРАЛ обнаружила очередной гамма-всплеск (GRB 070311) в направлении а = 87?5411, S = 3?3748 (J2000), определенном с
точностью 2.5 (90%) (Мерегетти и др., 2007). Всего через несколько десятков секунд робот-телескоп REM зарегистрировал инфракрасный транзиент-ный источник в направлении гамма-излучения (Ко-вино и др., 2007). Это вызвало большой интерес, так как до сих пор оптическое или инфракрасное послесвечение на столь ранней стадии удалось обнаружить лишь у нескольких гамма-всплесков. Кроме того, у GRB 070311 были обнаружены рентгеновское послесвечение (Гуидорзи и др., 2007)
736
САЗОНОВ и др.
GRB 070311
IBIS/ISGRI
И-1-1-
(а) 18-60 кэВ
л н о
о н
CD
и.,, ||||,,||
50
(б) 60-200 кэВ
■^Аг1
+
(в)
-1
-60 -40 -20 0 20
Время после всплеска, с
40
60
Рис. 1. Запись скорости счета на детекторе ISGRI в диапазоне энергий 18—60 кэВ (а) и 60—200 кэВ (б), а также отношение двух скоростей счета (в). Время отсчитывается с момента детектирования всплеска автоматической системой IBAS. Из скоростей счета вычтен фоновый сигнал.
0
0
2
1
0
и возможная родительская галактика (Гарнавич и др., 2007).
Всплеск GRB 070311 был обнаружен на расстоянии ^12° от оптической оси телескопов обсерватории ИНТЕГРАЛ. Он был вне поля зрения рентгеновского телескопа JEM-X и на краю поля зрения основных приборов IBIS и SPI. В данной статье представлены результаты временно го и спектрального анализа данных наблюдений GRB 070311 в мягком гамма-диапазоне энергий (18—300 кэВ), полученных детектором ISGRI (Лебран и др., 2003) телескопа IBIS (Убертини и др., 2003), который обладает значительно лучшей чувствительностью на этих энергиях по сравнению со спектрометром SPI. Сравнение этих данных с результатами инфракрасных, оптических и рентге-
новских наблюдений послесвечения GRB 070311 будет выполнено в отдельной работе.
АНАЛИЗ ДАННЫХ И РЕЗУЛЬТАТЫ
На рис. 1 представлены записи скорости счета, полученные во время гамма-всплеска, а также примерно в течение минуты до и после всплеска, в двух диапазонах энергий: 18—60 и 60—200 кэВ. При построении этих зависимостей учитывались фотоны, собранные с тех элементов матрицы детектора ISGRI, не более 95% площади которых было закрыто от источника всплеска кодирующей маской и коллиматором детектора. На представленном рисунке время отсчитывается с момента
детектирования всплеска (01й52т50й иТ, Мере-гетти и др., 2007), а из скоростей счета вычтен
НАБЛЮДЕНИЯ ГАММА-ВСПЛЕСКА
737
50 100
Энергия, кэВ
Рис. 2. Спектр интегрированого сигнала в интервале времени (—20 с, 20 с). Сплошной и штриховой линиями показаны наилучшие приближения спектра степенной зависимостью и моделью Банда.
: (-20, - 10) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 :
: :
: ...... :
1.0
0.1
50 100
Энергия, кэВ
Рис. 3. Спектры, полученные в интервалах времени: (—20 с, —10 с), ( — 10 с, 0 с), (0 с, 20 с). Сплошной и штриховой линиями показаны наилучшие приближения степенной зависимостью и моделью Банда.
738 САЗОНОВ и др.
Результаты спектрального моделирования
Временной интервал, с (—20, 20) (—20, —10) ( — 10,0) (0, 20)
Степенная зависимость
Г — 1.30 ± 0.09 —0.80 ± 0.19 — 1.41 ± 0.12 — 1.47 ± 0.17
F20-200 кэВ, эрг/см2 3.0 х 10~6 8 х 10-7 1.1 х 10~6 1.0 х 10~6
X2 /¿о.!. 17.9/11 6.6/11 14.0/11 20.3/11
Модель Банда
а —0.80 ± 0.28 —0.03 ± 0.84 — 1.28 ± 0.37 —0.79 ± 0.80
в —2.0 (фиксировано) —2.0 (фиксировано) —2.0 (фиксировано) —2.0 (фиксировано)
Ер = (2 + а)Ео, кэВ >80 (90%) >70 (90%) >70 (90%) >50 (90%)
F20-200кэВ, эрг/см2 2.8 х 10~6 8 х 10-7 1.1 х 10~6 1.0 х 10~6
X2 /¿о.!. 15.3/10 5.7/10 13.8/10 18.0/10
фоновый сигнал, полученный усреднением данных за несколько минут до и после всплеска.
Как видно из рисунка, всплеск имеет простую, однопиковую форму и продолжительность ^40 с. При этом есть указание на то, что жесткое излучение (60—200 кэВ) достигло максимума несколько ранее мягкого (18—60 кэВ). В результате формального вычисления кросс-корреляционной функции между скоростями счета в двух диапазонах энергий получается, что мягкое излучение пришло с задержкой с относительно жесткого. Представленный на рис. 1в график изменения спектральной жесткости (отношение скоростей счета в диапазонах 60—200 и 18—60 кэВ) со временем и обсуждаемые ниже результаты спектрального анализа дополнительно указывают на то, что в "хвосте" всплеска излучение было более мягким, чем в начальной фазе импульса. Такое поведение характерно для большинства всплесков (см., например, Голенецкий и др., 1983).
Чтобы получить энергетический спектр всплеска, мы построили изображения неба в 13 узких каналах, заключенных между энергиями 18 и 300 кэВ, пользуясь стандартной методикой (Ревнивцев и др., 2004). Для энергетической калибровки использовались наблюдения Крабовидной туманности, которые состоялись всего через неделю после наблюдения GRB 070311. На рис. 2 представлен спектр GRB 070311, накопленный в интервале времени от —20 до 20 с относительно момента детектирования. Можно видеть, что сигнал надежно детектируется примерно до 100—150 кэВ.
Мы выполнили моделирование полученного спектра с помощью программного пакета XSPEC. Результаты моделирования представлены на рис. 2 и в таблице. В диапазоне 18—300 кэВ
спектр удовлетворительно описывается степенной зависимостью (dN/dE <х Ег) с показателем Г = —1.30 ± 0.09. Несколько лучшее приближение обеспечивается двухстепенной моделью Банда (Банд и др., 1997), которая часто используется при изучении гамма-всплесков. Это улучшение, однако, статистически малозначимо (^80% согласно Р-тесту), т.е. имеющиеся данные не дают достаточных оснований о наличии в спектре высокочастотного загиба на энергиях ниже 300 кэВ. Зафиксировав наклон спектра на высоких энергиях в модели Банда на значении в = —2, можно получить нижний предел на положение максимума спектра (в единицах EFE): Ер = (2 + а)Е0 > 80 кэВ (на уровне достоверности 90%). В рамках этой же модели интегральный поток (Аиепсе) всплеска GRB 070311 в диапазоне энергий 20-200 кэВ составляет ^2.8 х 10_6 эрг/см2.
Мы построили также спектры для трех вре-менньк интервалов (в секундах с момента детектирования): (—20, —10), (—10, 0), (0, 20), которые соответствуют фазам роста, максимума и затухания всплеска. Как видно из рис. 3 и таблицы, все три спектра хорошо описываются степенной зависимостью, причем спектр несколько более жесткий (Г = —0.80 ± 0.19) на стадии роста всплеска, чем в два последующих периода времени (Г = —1.41 ± ± 0.12, Г = —1.47 ± 0.17 соответственно).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По основным характеристикам жесткого рентгеновского и мягкого гамма-излучения, таким как временной профиль, спектр, спектральная эволюция, GRB 070311 является типичным гамма-всплеском. Представленные здесь данные обсерватории ИНТЕГРАЛ будут использованы нами
НАБЛЮДЕНИЯ ГАММА-ВСПЛЕСКА
739
в последующей работе для детального сравнения с результатами раннего мониторинга послесвечения GRB 070311 в инфракрасном и стандартном рентгеновском диапазонах энергии (Ковино и др., 2007; Гуидорзи и др., 2007), что должно позволить получить интересные ограничения на обсуждаемые модели гамма-всплесков.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 05-02-17465). Авторы благодарят Центр научных данных обсерватории ИНТЕГРАЛ (Версуа, Швейцария) и Российский центр данных
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.